通過測試腳本自動處理車載設備人機界面數據的方法研究

張友兵 張 波

（北京全路通信信號研究設計院有限公司列車自動控制研究所，100073，北京∥第一作者，助理工程師）

車載ATP（列車自動保護）功能作為CTCS－2級列控系統的重要組成部分，影響著列車的行車安全，故對車載ATP進行嚴格完備的測試是必不可少的。

對車載ATP功能進行人工測試，存在測試人員工作強度大、浪費人力、效率低下等問題，因此亟需研究和開發一種針對車載ATP的自動測試方法。自動測試能夠代替手工測試工作，避免重復測試，還可以完成大量手工測試無法完成的測試工作［1－2］。

對車載ATP功能進行自動測試，可以從DMI（人機界面）獲取有關車載ATP的實時信息，并編寫測試腳本對這些信息進行處理分析，以實現對車載ATP功能的測試。

本文主要介紹了一種針對CTCS－2級車載ATP功能的自動測試平臺，介紹了該自動測試平臺的系統結構；詳細介紹了通過腳本自動按壓DMI按鈕來自動確認或取消DMI文本消息，自動判斷DMI輸出語言、DMI顯示圖標、DMI動態圖像信息的基本原理和方法。利用這些方法對來自DMI的數據進行分析處理，就可以實現對車載ATP功能的自動測試。

1 CTCS－2級車載ATP自動測試原理

CTCS－2級車載ATP功能自動測試平臺結構如圖1所示。從圖1可以看出，除了被測設備車載ATP外，車載ATP功能自動測試平臺包含4個部分：測試腳本，主引擎，分引擎和測試接口。

圖1 CTCS－2級車載ATP功能自動測試平臺結構圖

1）測試腳本分為3類：測試案例腳本，軌道電路腳本和應答器腳本。軌道電路腳本包含1條測試案例對應線路上所有軌道區段的低頻、載頻和位置信息。應答器腳本包含1條測試案例對應線路上所有應答器的報文和位置信息。測試案例腳本是文字形式的測試案例的腳本化，是可以測試車載ATP功能且能被計算機語言解析的字符串。

2）主引擎負責依次讀取測試案例腳本的每一句腳本命令，根據protocol buffer協議將腳本命令發送給分引擎，另外主引擎還要將分引擎的數據傳遞給腳本。主引擎是測試案例腳本與分引擎之間交互數據的橋梁。

3）分引擎要么通過主引擎獲取測試案例腳本命令，要么直接讀取軌道電路腳本和應答器腳本，根據命令內容執行相應的具體操作，并向主引擎回復車載ATP的實時信息等。分引擎分為DMI分引擎、列車動力學分引擎和ATP接口平臺分引擎。

4）測試接口是各個分引擎和被測車載ATP之間交互數據的通道。

通過DMI接口，DMI分引擎可以獲取ATP發送給DMI的所有數據包。還可以對DMI進行以下操縱：設置司機號，設置車次號，設置列車長度，設置載頻等。

通過ATP接口平臺，ATP接口平臺分引擎可以對ATP進行以下操作：ATP上電，ATP斷電，激活駕駛臺，關閉駕駛臺，設置列車運行方向，發送軌道電路低頻和載頻信息，發送應答器報文等；還可以獲取列車當前位置坐標、當前速度、當前加速度等。

2 構建控制DMI的傳輸控制協議

為了對車載ATP功能進行自動測試，需要實時獲取車載ATP的狀態信息。車載ATP通過DMI向列車司機顯示列車運行的狀態信息［3］，因此可以通過DMI獲取車載ATP的實時信息。可以利用圖像識別技術識別DMI上的信息［4］，但是這種方法比較復雜，實現難度比較大。本文采用直接與DMI通信，獲取DMI數據包的方法。為了可以通過DMI獲取有關車載ATP的數據，需要在DMI分引擎和DMI之間建立交互數據的通信協議。

在DMI分引擎和DMI之間建立傳輸控制協議（TCP）。通過TCP，DMI分引擎可以對DMI進行以下操作：設置司機號，設置車次號，設置列車長度，設置載頻，設置列車運行等級，設置列車運行模式，設置RBC（無限閉塞中心）的ID（標識），設置RBC號碼，模擬按壓啟動按鈕、緩解按鈕、警惕按鈕、回復DMI文本消息等。

通過TCP，DMI向DMI分引擎發送以下信息：所有MMI數據包和所有的CTCS數據包。這些數據包中包含DMI按鈕狀態、DMI文本消息、DMI語言信息等內容。

3 通過測試腳本處理DMI數據

3.1 測試腳本自動按壓DMI按鈕

在CTCS－2級車載ATP功能測試案例中，經常會遇到需要按壓DMI上按鈕的操作。例如，在列車運行過程中，當列車速度超過緊急制動速度時，車載ATP將實施緊急制動直到列車停車。列車停車后，DMI將提示司機緩解緊急制動，此時司機需要按壓DMI上的緩解按鈕。在自動測試中，需要將按壓緩解按鈕的命令寫在測試腳本中，當測試腳本判斷DMI出現按壓緩解按鈕的提示信息時，就將按壓緩解按鈕的命令發送給DMI。其步驟如下：

1）主引擎識別出當前一條腳本命令為“按壓DMI按鈕”。

2）主引擎將“按壓DMI按鈕”命令下達給DMI分引擎。

3）按照DMI分引擎與DMI之間的TCP，DMI分引擎將真實的按壓啟動按鈕命令下達給DMI。

4）DMI收到“按壓啟動按鈕”命令后，自動按壓啟動按鈕。

腳本自動按壓啟動按鈕原理如圖2所示。

圖2 腳本自動按壓啟動按鈕原理

3.2 測試腳本自動確認或取消DMI文本信息

在列車運行過程中，DMI經常會出現文本消息。這些文本消息有些不需要司機進行任何操作。例如，列車以部分監控模式出站，當滿足進入完全監控模式的條件時，車載ATP自動轉入完全監控模式，此時DMI顯示文本消息“進入完全監控模式”，此條文本消息只是提示司機，不需要司機對DMI進行任何操作。有些文本消息需要司機確認，即可按壓DMI的確認按鈕。例如，在車載ATP上電成功后，DMI顯示文本消息“啟動確認”，需要司機按壓確認按鈕。有些文本消息需要司機確認或取消，即按壓DMI的確認按鈕或取消按鈕。例如在車載ATP上電成功后，DMI顯示文本消息“執行制動測試”，如果需要執行制動測試，則司機按壓確認按鈕，如果不需要執行制動測試，則司機按壓取消按鈕。

在CTCS－2級車載ATP功能測試案例中，有些測試步驟的期望結果就是檢查DMI顯示某一條文本消息，并對該條文本消息進行確認或取消。現在，以文本消息“應答器信息缺失”為例，說明在車載ATP功能自動測試中，測試腳本如何自動確認和取消DMI文本消息。

在列車運行過程中，當列車越過一個應答器時，由于應答器故障，車載設備在期望窗口內未收到該應答器報文，則DMI將顯示文本消息“應答器信息缺失”，則需要確認該條文本消息。自動測試中腳本自動確認文本消息“應答器信息缺失”的詳細步驟如下：

1）主引擎識別出當前一條腳本命令為“期望DMI文本消息”。

2）主引擎將“期望DMI文本消息”命令下達給DMI分引擎。

3）按照DMI分引擎與DMI之間的TCP，DMI分引擎將來自DMI的包含DMI文本消息的數據包發送給主引擎。

4）主引擎將包含DMI文本消息的數據包發送給腳本。

5）腳本解析包含DMI文本消息的數據包，判斷當前DMI文本消息是否是“應答器信息缺失”。如果當前DMI文本消息是“應答器信息缺失”，則期望DMI文本消息成功，結束循環；如果當前DMI文本消息不是“應答器信息缺失”，則期望DMI文本消息失敗，則繼續循環。

腳本自動確認DMI文本消息的原理如圖3所示。

3.3 測試腳本自動判斷DMI輸出語音

對車載ATP功能進行測試時，有些測試步驟的期望結果是DMI輸出指定語音。例如，在列車運行過程中，當列車速度超過報警速度時，在車載ATP制動到目標速度過程中，DMI輸出“減速”語音；當列車速度超過緊急制動速度時，車載ATP實施緊急制動直到列車停車，列車停穩后，DMI輸出“允許緩解”語音。下面以“允許緩解”語音為例，說明自動測試中測試腳本如何自動判斷DMI是否輸出指定語音。

圖3 腳本自動確認DMI文本消息原理

自動測試中腳本自動判斷DMI輸出語音“允許緩解”的詳細步驟如下：

1）主引擎識別出當前一條腳本命令為“期望DMI輸出語音”。

2）主引擎將“期望DMI輸出語音”命令下達給DMI分引擎。

3）按照DMI分引擎與DMI之間的TCP，DMI分引擎將來自DMI的包含DMI語音的數據包發送給主引擎。

4）主引擎將包含DMI語音的數據包發送給腳本。

5）腳本解析包含DMI語音的數據包，判斷當前DMI語音是否是“允許緩解”。如果當前DMI語音是“允許緩解”，則期望DMI語音成功，結束循環；如果當前DMI語音不是“允許緩解”，則期望DMI語音失敗，則繼續循環。

腳本自動判斷DMI輸出語音的原理如圖4所示。

圖4 腳本自動判斷DMI輸出語音原理

3.4 測試腳本自動判斷DMI顯示圖標

對車載ATP功能進行測試時，在列車運行過程中，當列車速度超過最大常用制動速度時，DMI將顯示“最大常用制動圖標”。有些測試案例要求判斷DMI顯示“最大常用制動圖標”，但是在DMI所有數據包中，并沒有包含DMI圖標的數據包，所以不能使用判斷DMI輸出語音的方法去判斷DMI顯示圖標。

但是在DMI的動態數據包中，有一個變量保存著車載ATP的制動狀態，通過該變量可以判斷列車是否處于最大常用制動狀態。假設DMI軟件是完全正確的，則通過該變量也就可以間接判斷出DMI是否顯示“最大常用制動圖標”。下面以“最大常用制動圖標”為例，說明自動測試中腳本如何判斷DMI是否顯示指定圖標。

自動測試中腳本自動判斷DMI顯示“最大常用制動圖標”的詳細步驟如下：

1）主引擎識別出當前一條腳本命令為判斷DMI顯示“最大常用制動圖標”，此圖標信息可以從DMI動態數據包中的制動狀態信息間接獲取，所以向主引擎發送“期望動態數據包”。

2）主引擎將“期望動態數據包”命令下達給DMI分引擎。

3）按照DMI分引擎與DMI之間的TCP，DMI分引擎將來自DMI的“動態數據包”發送給主引擎。

4）主引擎將“動態數據包”發送給腳本。

5）腳本解析“動態數據包”，判斷動態數據包中包含的制動狀態是否是“最大常用制動狀態”。如果當前制動狀態是“最大常用制動狀態”，則判斷DMI顯示“最大常用制動圖標”成功，結束循環；如果當前制動圖標不是“最大常用制動狀態”，則判斷DMI顯示“最大常用制動圖標”失敗，則繼續循環。

腳本自動判斷DMI顯示圖標的原理如圖5所示。

圖5 腳本自動判斷DMI顯示圖標原理

3.5 測試腳本自動判斷DMI動態圖像信息

在列車運行過程中，DMI上會顯示內容豐富的動態圖像信息。有些動態圖像信息是不可測的，比如，列車在減速過程中，列車離制動的時間越近，預警時間指示圖標越大。對于另一些動態圖像信息，將測試功能放在DMI分引擎中，腳本告訴DMI分引擎要測試的功能，DMI分引擎執行測試，再將測試結果報告給腳本，卻是可以實現的。例如，對車尾保持功能的測試。

對車載ATP功能進行測試時，列車啟動后，以部分模式行車，列車車頭經過應答器后，轉為完全監控模式。在列車車尾沒有經過應答器之前，列車應該保持原有運行速度；當列車車尾越過應答器之后，列車才開始加速運行，即需要判斷車尾保持功能。在對車載ATP功能進行自動測試時，腳本自動判斷車尾保持功能的步驟如下：

1）主引擎識別出當前一條腳本命令為“測試車尾保持命令”。

2）主引擎將“測試車尾保持命令”下達給對應的DMI分引擎。

3）DMI分引擎實時判斷列車是否位于測試車尾保持區域。當列車位于測試車尾保持區域，DMI分引擎向DMI發送獲取允許速度命令，DMI向DMI分引擎回復列車當前允許速度。DMI分引擎判斷列車當前允許速度是否等于要求的車尾保持速度。如果列車當前允許速度不等于車尾保持速度，則分引擎向主引擎報告“車尾保持失敗”，主引擎向腳本報告“車尾保持失敗”；如果列車當前允許速度等于車尾保持速度，則不做任何處理，繼續下一次循環。當列車出了測試車尾保持區域，則DMI分引擎向主引擎報告“車尾保持成功”，主引擎向腳本報告“車尾保持成功”。

腳本自動判斷車尾保持功能的原理如圖6所示。

圖6 腳本自動判斷車尾保持功能原理

4 結語

在對CTCS－2級車載ATP進行人工測試過程中，許多測試步驟的期望結果是判斷DMI是否顯示指定文本消息、是否發出指定語音、是否顯示指定圖標等。本文介紹了在對車載ATP進行自動測試過程中，測試腳本自動按壓DMI按鈕、自動確認或取消DMI文本信息、自動判斷DMI輸出語音、自動判斷DMI顯示圖標、自動判斷DMI動態圖像信息的基本原理和方法。通過開發和實驗室驗證，證明文中所述方法是正確的，通過判斷DMI的各種信息，可以實現對車載ATP功能的自動測試，具有研究和應用價值。

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